MODélisation ELectrochimique du comportement des phases Intermétalliques dans les alliages d'Aluminium: approche multi-echelle de matériaux polyphasés – MODELIA

Les alliages d'aluminium des séries 2xxx (Al-Cu) et 7xxx (Al-Zn-Mg-Cu) sont très utilisés dans l'industrie mécanique, et spécialement dans le domaine aéronautique, en raison d'une densité faible associée à une résistance mécanique élevée. Le durcissement de l'aluminium est assuré par la précipitation cohérente de phases intermétalliques. Cependant, la limitation de leur utilisation vient de leur mauvais comportement en corrosion dû à leur forte teneur en cuivre et aux phases intermétalliques qui en contiennent. En effet, des projets précédents ont pu montrés que la présence de ces phases entraînent une multitude de défauts dans les protections de surface, ce qui rend très complexe la fonctionnalisation de surface de ces alliages. Notre projet concerne donc le développement d'une méthodologie pour modéliser le comportement chimique et électrochimique de ces matériaux métalliques polyphasés, dans le but de développer de nouvelles protections anti-corrosion spécifiques à ce type d'alliages. L'objectif final du projet est de contribuer à la recherche de nouvelles fonctionnalisations de surface de ces matériaux légers en tenant compte du caractère polyphasé de ces alliages et avec pour but le cahier des charges industriel suivant: - protection anti-corrosion de longue durée (plus de 1000h à 1500h de brouillard salin), - procédé de traitement répondant aux règles de la « chimie verte » (sans produits toxiques) et privilégiant le principe d'économie d'atome. Le niveau de performance attendu nous permettra d'engager une rupture dans les procédés de protection classique utilisés en supprimant l'application d'une protection organique supplémentaire sur les pièces de structure en alliages d'aluminium. De plus, le gain économique et le gain environnemental dans les ateliers de fabrication et de maintenance constituent un enjeu de marché et de compétitivité important pour l'industrie. La modélisation permettra de définir la stratégie chimique à adopter dans les procédés de traitements de surface pour éviter la formation de défauts dans protections induits par la présence de composés intermétalliques. Notre programme scientifique consiste donc à développer une approche multi-échelles de ces matériaux polyphasés, pour comprendre puis prévoir le comportement chimique et électrochimique des phases intermétalliques dans les alliages polyphasés d'aluminium dans les conditions des traitements de surface. La méthodologie développée consistera à synthétiser des phases pures et des alliages modèles à l'échelle macro- ou mésoscopique, pour acquérir les données thermodynamiques et cinétiques nécessaires à la modélisation du comportement chimique et électrochimique du matériau polyphasé. Ainsi le programme scientifique peut être décrit en trois étapes successives en fonction de l'échelle et de la complexité du système: ? la synthèse des phases intermétalliques pures à l'échelle macroscopique (quelques millimètres à quelques centimètres) pour mesurer les données thermodynamiques nécessaires à l'établissement des diagrammes potentiel-pH. Les phases pures sont aussi nécessaires pour étudier la cinétique des différents processus chimiques et électrochimiques par les techniques électrochimiques et la spectroelectrochimie d'émission atomique (AESEC). ‚ l'étude d'alliages modèles bi-phasiques ou tri-phasiques à l'échelle mésoscopique (> 100 µm) afin d'évaluer à grande échelle les couplages électrochimiques et les cinétiques de ces couplages. L'échelle méso des phases dans les alliages permettra de faciliter les observations et les analyses. ƒ les données collectées lors de l'étude des phases aux échelles macroscopique et mésoscopique serviront à simuler le comportement des matériaux polyphasés en fonction de leur composition dans les conditions des procédés de traitements de surface. La seconde phase industrielle du projet consistera à appliquer ces outils de modélisation du comportement chimique de ces matériaux polyphasés au développement de traitements de surface spécifiques à ces matériaux. L'objectif pratique en terme de propriétés d'usage est d'atteindre les 1000h de tenue en brouillard salin sans protection organique. Cette approche multi échelles du comportement chimique des matériaux métalliques polyphasés pourra être étendu à d'autres matériaux polyphasés (alliages Mg-Al, Al-Li, Zn-Al ...) pour lesquels l'interdiction des composés au Cr(VI), inhibiteurs de corrosion « universels » imposent la recherche d'alternatives. La recherche de traitements de surface (ou fonctionnalisation) de matériaux métalliques polyphasés nécessitent le développement d'outils de modélisation et prédiction du comportement des matériaux dans des conditions électrochimiques complexes (électrolyte variée, haut voltage ...)